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1高高中中生生物物选选修修33复复习习一、基因工程原理：基因重组（一）基因工程的基本工具1.“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（限制酶）（1）来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。（2）功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列（一般为6个核苷酸的序列），并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，因此具有专一性。（3）结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。2.“分子缝合针”——DNA连接酶(1)两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶）的比较：①相同点：连接限制酶切开的磷酸二酯键。②区别：E·coliDNA连接酶来源于大肠杆菌，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来；T4DNA连接酶来源于T4噬菌体，能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。(2)与DNA聚合酶作用的异同:聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键（在DNA复制时）。DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键。2限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶与解旋酶的比较项目种类限制酶DNA连接酶DNA聚合酶解旋酶作用底物DNA分子DNA片段脱氧核苷酸DNA分钟作用部位磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键碱基对间得氢键作用结果形成粘性末端或平末端形成重组DNA分子形成新的DNA分子形成单链DNA分子3.“分子运输车”——载体（1）载体具备的条件：①能在受体细胞（或宿主细胞）中稳定保存并大量复制。②具有一至多个限制酶切位点，供外源DNA片段插入。③具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。（2）最常用的载体是质粒,双链环状DNA分子，它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌拟合DNA（或细菌染色体）之外，具有自我复制能力。（3）其它载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒(二)基因工程的基本操作程序第一步：目的基因的获取1.目的基因：主要是编码蛋白质的结构基因。2.获取：（1）原核基因采取直接分离获得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反转录法_和化学合成法_。（2）获取目的基因的两种主要方法①从基因文库中获取目的基因②PCR技术扩增目的基因3原理：DNA双链复制过程（可了解）：第一步：加热至90～95℃DNA解链；第二步：冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链；第三步：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。第二步：基因表达载体的构建（基因工程的核心）1.目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用。2.组成：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因（1）启动子：是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质。（2）终止子：也是一段有特殊结构的DNA片段，位于基因的尾端。（3）标记基因的作用：是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。常用的标记基因是抗生素基因。第三步：将目的基因导入受体细胞_导入原理：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。1.转化的概念：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。2.常用的转化方法：将目的基因导入植物细胞：农杆菌转化法（最常用的方法），基因枪法和花粉管通道法等。将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是显微注射技术。此方法的受体细胞多是受精卵。将目的基因导入微生物细胞：如大肠杆菌，早期基因工程常用的方法。过程略3.重组细胞导入受体细胞后，筛选含有基因表达载体的受体细胞的依据是标记基因是否表达，第四步：目的基因的检测和表达1.首先要检测转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因，方法是采用DNA分子杂交技术。42.其次还要检测目的基因是否转录出了mRNA，方法是采用用标记的目的基因作探针与mRNA杂交。3.最后检测目的基因是否翻译成蛋白质，方法是从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原－抗体杂交。4.有时还需进行个体生物学水平的鉴定。如转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。（三）基因工程的应用1.植物基因工程：抗虫、抗病、抗逆转基因植物，利用转基因改良植物的品质。2.动物基因工程：提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物、用转基因动物做器官移植的供体。3.基因治疗：把正常的外源基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥作用。（四）蛋白质工程1.概念：指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。（1）蛋白质工程崛起的缘由：基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质（2）蛋白质工程的基本原理：它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代的基因工程。2.基本途径：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）5【即时练习】一、单选题61.不属于基因和载体结合的过程的是（D）A.用一定的限制酶切割质粒露出黏性末端B.用同种限制酶切割目的基因露出黏性末端C.将切下的目的基因的片段插入到质粒切口处D.将重组DNA导入到受体细胞进行扩增2.下列关于基因工程的叙述，错误的是（）A.目的基因与受体细胞均可来自动植物细胞B.限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶C.人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素无生物活性D.载体上的抗体基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达D解析:基因工程中目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物；常用的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶；人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性，只有经过一定的物质激活以后，才有生物活性。载体上的抗性基因主要是有利于筛选含重组DNA的细胞，不能促进目的基因的表达。所以D错误。3.改良缺乏某种抗病性的水稻品种，不宜采用的方法是（）A．诱变育种B．单倍体育种C．基因工程育种D．杂交育种答案：B解析：本题考查育种的几个基本方法的特点。正确把握“缺乏某种抗病性的水稻”及其原因是解答本题的关键。可通过诱变育种或基因工程育种的方法使水稻获得抗性基因，可通过杂交育种培育抗病性水稻。单倍体育种过程，只是让单倍体原有的染色体及其上面的基因加倍，无抗病基因并不能产生相应的变异。4.下列关于DNA连接酶，正确的是（A）A.DNA连接酶的化学本质是蛋白质B.DNA连接酶可以恢复DNA分子中的氢键7C.它不能被反复使用D.在基因工程操作中，可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶5.基因工程的操作步骤：①使目的基因与载体结合；②将目的基因导入受体细胞；③检测目的基因的表达是否符合特定形状的要求；④提取目的基因。正确的顺序是（）A.③②④①B.②④①③C.④①②③D.③④①②6.在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作错误的是（）A.用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸B.用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体C.将重组DNA分子导入烟草的原生质体D.用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞7.基因污染是指天然物种的DNA中嵌入了人工重组基因，这些外来基因可随被污染生物的繁殖、传播而发生扩散。下列叙述错误的是（C）A.基因工程间接导致了基因污染B.基因工程破坏了生物原有的基因组成C.基因工程是通过染色体的重组发生基因交换，从而获得了生物的新性状D.人类在推广转基因作物时，没有充分考虑生物和环境之间的相互影响8.以下说法不正确的是（D）A.用含蛋白酶和脂肪酶的洗衣粉去除奶渍效果更好B.用以纤维素为唯一碳源的培养基来分离纤维素纤维素分解菌C.在植物组织培养过程中改变培养条件容易获得突变体D.基因工程和蛋白质工程只能产生自然界已存在的蛋白质9.从某海洋中动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1.目前在PI的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是（C）A.合成编码目的肽的DNA片段8B.构建含目的肽的DNA片段的表达载体C.依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽D.帅选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽解释（蛋白质工程的操作过程）10.基因治疗是指（A）A.把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗的目的B.对有缺陷的细胞进行修复，从而使其恢复正常，达到治疗疾病的目的C.运用人工诱变的方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变恢复正常D.运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的2.已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如图中箭头所指，如果该线性DNA分子在3个酶切位点上都被该酶切断，则会产生a、b、c、d四种不同长度的DNA片段。现有多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有一个酶切位点被该酶切断，则理论上讲，经该酶酶切后，这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是A.3B.4C.9D.12答案：C解析:考查了限制性内切酶切割DNA片段的有关知识。这道题目可以转化为单纯的数字计算题。每个DNA分子上至少有1个酶位点被该酶切断，可以切得的种类有：a、b、c、d、ab、bc、cd、abc、bcd九种。2.为获得纯和高蔓抗病番茄植株，采用了下图所示的方法：图中两对相对性状独立遗传。据图分析，不正确的是A、过程①的自交代数越多，纯合高蔓抗病植株的比例越高B、过程②可以任取一植株的适宜花药作培养材料C、过程③包括脱分化和再分化两个过程9D、图中筛选过程不改变抗病基因频率答案：D解析：考查生物育种的有关知识。从图中可以看出为获得纯合高蔓抗病番茄植株，一共采取了三种育种手段：杂交育种、单倍体育种和基因工程育种。过程①是多次自交和筛选，使得纯合高蔓抗病植株的比例提高；过程②是花药离体培养，采用任一株F1的花药均可；③是植物组织培养获得植株的过程，包括脱分化和再分化两个阶段。筛选纯和高蔓抗病支柱的过程实质就是定向改变基因频率的过程，即使得高蔓抗病基因的频率升高。二、细胞工程（一）植物细胞工程1.理论基础（原理）：细胞全能性2.植物组织培养技术（b）（1）过程：离体的植物器官、组织或细胞―――→愈伤组织―――→根、芽――→植物体细胞脱分化：使已经分化的细胞，经诱导（如激素）后，失去其特殊的结构和功能而转变成未分化的细胞。（2）应用：微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子、单倍体育种、细胞产物的工厂化生产。①植物繁殖微型繁殖：可以高效快速地实现种苗的大量繁殖作物脱毒：采用茎尖组织培养来除去病毒（因为植物分生区附近的病毒极少或没有）人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经人工薄膜包装得到的种子。优点：完全保持优良品种的遗传特性，不受季节的限制；方便储藏和运输②作物新品种培育单倍体育种：a过程：植株（AaBb）通过减数分裂得到花粉（AB、Ab、aB、ab四种类型）；对花粉进行花药离体培养（技术是植物组织培养）；得到单倍体植株；对其幼苗时期进行秋水仙素处理；得到了正常的纯合二倍体植株（AABB、AAbb、aaBB、aabb四种类型）。脱分化再分化10b优点：明显缩短育种年限③突变体利用：在组织培养中会出现突变体，通过从有用的突变体中选育出新品种（如筛选抗病、抗盐、含高蛋白的突变体）④细胞产物的工厂化生产：通过能够产生对人们有利的产物的细胞进行组织培养，从而让它们能够产生大量的细胞产物。（3）地位：是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一道工序。3.植物体细胞杂交技术（1）过程：①去除细胞壁：纤维素酶和果胶酶（2）诱导融合的方法：物理法包括离心、振动、电刺激等。化学法一般是用聚乙二醇（PEG）作为诱导剂。（3）意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍。（二）动物细胞工程1.动物细胞培养②植物细胞A植物细胞B杂种细胞愈伤组织杂种植株①③④⑤图（2）11（1）概念：动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和繁殖。（2）动物细胞培养的流程：取动物组